地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計時要思考的幾點

2016-09-02 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

地鐵是長條型的建筑物,沿線地下、地上情況通常比較復(fù)雜,高樓大廈、地下管線、市政設(shè)施及地面交通等周邊環(huán)境都制約了結(jié)構(gòu)設(shè)計,并對結(jié)構(gòu)提出了很高的要求,地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計不但是一項責(zé)任大、任務(wù)重的工作,而且是一項需要埋頭苦干、潛心鉆研,來不得一絲馬虎的工作。

怎樣在滿足周邊環(huán)境要求和地鐵自身需要的情況下充分發(fā)揮主觀能動性?對結(jié)構(gòu)設(shè)計本身來說,怎樣結(jié)合計算、經(jīng)驗及實測成果為自己的設(shè)計服務(wù)?面對日益緊張的工期及越來越高的質(zhì)量要求,怎樣提高自己的設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量?,都應(yīng)是值得思考的問題。以下結(jié)合自身的工作實踐及相關(guān)資料談?wù)剬Φ罔F結(jié)構(gòu)設(shè)計的幾點認識。

1.地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點

地鐵結(jié)構(gòu)不同于一般的民用建筑結(jié)構(gòu),其特點包括具有很高的重要性和安全性、地域性強、投資規(guī)模巨大、涉及專業(yè)面廣、與市政管線部門協(xié)調(diào)多、工期長、周邊環(huán)境復(fù)雜等,結(jié)構(gòu)設(shè)計是在充分研究其特點和要求的前提下進行的。

1.1地鐵結(jié)構(gòu)百年大計

地鐵是城市交通的主動脈,是建成后不允許中斷和大規(guī)模維修的重要建筑,其通常埋設(shè)于地下,其重要性決定了主體結(jié)構(gòu)及內(nèi)部主要構(gòu)件使用年限為100年。這就在設(shè)計中,對結(jié)構(gòu)的耐久性、可靠性、人防提出了很高的要求,在耐久性設(shè)計方面包括較高的強度要求、嚴格的變形及裂縫控制要求、不滲不漏的一級防水要求、嚴格的材料質(zhì)量控制和施工工藝要求。在可靠性方面提出了較高的結(jié)構(gòu)安全性要求,設(shè)計中在荷載乘了分項系數(shù)后通常再給予適當(dāng)?shù)脑龃笳{(diào)整,結(jié)構(gòu)設(shè)計充分考慮了偶然荷載的作用,包括地震荷載、人防荷載等。地鐵的人防設(shè)計通常考慮能承受核武器的。

1.2周邊環(huán)境高度復(fù)雜

地鐵所選擇的路由不是目前繁華地區(qū)就是規(guī)劃的城市熱點地區(qū),這就決定了地鐵周邊的環(huán)境高度復(fù)雜。周邊環(huán)境包括既有建筑物(住宅樓、辦公樓、商業(yè)設(shè)施、過街天橋等)、地下構(gòu)筑物(地下通道、地下街、涵洞、橋梁及房屋基礎(chǔ)等)、地下管線(雨水管、污水管、上水管、天然氣管道、電力方溝、電信、電視、電話電纜等)、地上電力線路(電塔、高壓電線等)、古建文物(歷代帝王廟宇牌樓、古代建構(gòu)筑物等)、河流湖潭(人工河、公園湖潭、天然江湖等),以上都是影響結(jié)構(gòu)設(shè)計的因素,設(shè)計的結(jié)構(gòu)應(yīng)以不影響或少影響既有設(shè)施為原則,同時對于近接情況應(yīng)給出充分的安全保護措施。對于城市郊區(qū)則應(yīng)配合規(guī)劃及管線部門,給將來的地下、地上設(shè)施預(yù)留足夠的實施空間和接口。周邊環(huán)境的復(fù)雜性在某種程度上是制約車站標(biāo)準(zhǔn) 化的重要因素,也是車站和區(qū)間建構(gòu)筑物為適應(yīng)環(huán)境而導(dǎo)致做法各異的原因。

1.3巖土及地下工程具有明顯的地域性、經(jīng)驗性及多變性

我國目前在建和將建地鐵的城市主要為特大城市,分布在東西南北不同地區(qū),城市之間的地質(zhì) 與水文地質(zhì)情況千差萬別。比如北京和上海,北京地質(zhì)以砂性土為主,地下水位低,地質(zhì)情況相對良好;上海則以粘性土為主,地下水位高,地層軟弱,地質(zhì)情況較差。這樣明顯的地質(zhì)差異同樣發(fā)生在其他城市,可見地域性是地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計必須考慮的因素。巖土及地下工程同時也是經(jīng)驗性非常強的領(lǐng)域,對于圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計來講有的城市習(xí)慣用樁、有的城市習(xí)慣用土釘,除去地質(zhì)因素以外,經(jīng)驗與習(xí)慣也應(yīng)在設(shè)計中值得尊重和參考。地鐵工程的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在城市地質(zhì)的復(fù)雜性上,同一城市不同區(qū)域、甚至是同一站位的不同位置都存在地質(zhì)發(fā)展較大變化的情況,設(shè)計中除參考相關(guān)經(jīng)驗外,更應(yīng)結(jié)合具體地質(zhì)情況進行具體設(shè)計。

1.4安全性要求高

除了從結(jié)構(gòu)使用年限及可靠性方面的考慮,應(yīng)提高結(jié)構(gòu)的安全性以外。其周邊環(huán)境、社會影響、事故危害、造成的經(jīng)濟損失也是要求結(jié)構(gòu)提高安全性的重要方面。

1.5建設(shè)投資巨大

我國地鐵在上世紀(jì)末以前,基本不考慮和不批準(zhǔn)建設(shè),其中一個重要原因是其投資額巨大,當(dāng)時的國力難以支付,平均每公里4~8億元,一條地鐵線路動輒投資上百億。土建造價約占總造價的50%,與結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)的覆土厚度、結(jié)構(gòu)尺寸及施工方案優(yōu)化等都直接關(guān)系地鐵投資規(guī)模。

1.6專業(yè)間及與施工方配合多

結(jié)構(gòu)專業(yè)是地鐵設(shè)計的下游專業(yè),應(yīng)在規(guī)劃、線路、建筑、設(shè)備、周邊環(huán)境基本穩(wěn)定的前提下開展工作,而往往結(jié)構(gòu)出圖工期要求緊,這樣就必須與其他專業(yè)多溝通、多配合。土建是地鐵施工的重頭戲,其工期長、周邊環(huán)境變化多,施工過程中技術(shù)交底、現(xiàn) 場驗收、設(shè)計變更、工程洽商、多方會議等都離不開結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的參與,后期配合異常繁雜。

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計中需準(zhǔn)備和搜集的資料

結(jié)構(gòu)設(shè)計在外表上是一張張的CAD圖紙,似乎只要掌握了CAD與幾個計算軟件就可以穩(wěn)操勝券了,事實上在正式畫CAD圖之前,需充分準(zhǔn)備、詳細調(diào)查,認真研究和分析各種相關(guān)資料,否則可能會造成返工和較大設(shè)計變更。

2.1周邊環(huán)境資料

周邊環(huán)境資料是結(jié)構(gòu)設(shè)計方案可靠、可實施的基礎(chǔ),某市地鐵設(shè)計中曾出現(xiàn)結(jié)構(gòu)底板冒出地面、主體侵入規(guī)劃建筑車庫的例子,究其原因是前期調(diào)查工作不夠仔細。一根重力流管道的漏查,可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)覆土發(fā)生較大變化,周邊重要建筑調(diào)查深度不夠可能會導(dǎo)致保護措施不到位。

2.2進行多方案比選

只有比較才能知道誰優(yōu)誰劣和誰最優(yōu)。通常要對某一建筑方案列出所有可能的結(jié)構(gòu)設(shè)計思路,然后逐一排查,對最終的幾個可行方案再進行經(jīng)濟、工期比選。

2.3研究分析類似結(jié)構(gòu)設(shè)計實例

一個人能直接參與的工程實例畢竟是有限的,其涉及的結(jié)構(gòu)形式與種類也不一定全面,對于自己從沒干過的新項目,就是要多調(diào)查研究相似工程實例,只有掌握了目前國際、國內(nèi)的通用做法,在設(shè)計中才能做到應(yīng)付自如。

3.結(jié)構(gòu)計算是驗證、是手段,不應(yīng)是設(shè)計的最終

結(jié)構(gòu)計算是結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中一個不可或缺的過程,也是進行結(jié)構(gòu)設(shè)計的必要手段,是對設(shè)計的有效的定性或定量化驗證,當(dāng)設(shè)計經(jīng)驗不足時計算就會變的較為重要。目前的計算軟件分兩種,一種是國內(nèi)的實用簡易計算軟件,如同濟啟明星、理正等,其嚴格依據(jù)計算規(guī)則與規(guī)范編制,是定量計算的實用工具;另一種是“無所不能”的國外大型通用軟件如ansys、marc等,其通用性決定了其計算模式、公式、參數(shù) 可選擇性多,不涉及具體規(guī)范,設(shè)計中只能依據(jù)規(guī)范和經(jīng)驗選擇合理的計算參數(shù),是對復(fù)雜結(jié)構(gòu)進行定性分析的工具。定量軟件能較準(zhǔn)確的計算出結(jié)構(gòu)所需的數(shù)值, 定性軟件只能給出趨勢和規(guī)律,雖也有結(jié)果但其可靠性較差,需要進行修正。計算過程應(yīng)包括計算前的準(zhǔn)確建模、參數(shù)選定,對計算軟件內(nèi)核和計算過程的了解,以及根據(jù)經(jīng)驗和具體規(guī)定對計算結(jié)果的修正,這樣才可以用于設(shè)計,否則可能產(chǎn)生較大誤差,甚至是誤導(dǎo)。

當(dāng)然計算結(jié)果尚應(yīng)經(jīng)受現(xiàn)場實踐的驗證與支持,盾構(gòu)隧道并行與上下疊落哪種布置方式對周邊建筑物影響較大,上下疊落隧道先開挖上還是先開挖下對周邊影響大等,雖然都可以在計算中進行模擬,但在具體實踐中還需要進一步參照具體工藝、具體環(huán)境和現(xiàn)場監(jiān)測情況進行驗證。

4.結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)善于參考和積累

對于一個城市,多深的覆土需要多大的結(jié)構(gòu)尺寸。在眾多工況中,哪種荷載組合是控制結(jié)構(gòu)設(shè) 計的等,都需要日常的積累和總結(jié)。在力學(xué)概念不足的情況下,通過日常的計算積累也可以獲得有益的補充,比如在結(jié)構(gòu)計算中結(jié)構(gòu)尺寸、剛域、混凝土強度、約束情況、單元劃分、地層結(jié)構(gòu)作用模式、側(cè)向土壓力系數(shù)、結(jié)構(gòu)荷載等諸多因素,其某一因素的變化對結(jié)構(gòu)計算有什么影響,多因素變化對結(jié)構(gòu)計算有什么影響,哪些是有利的,哪些是不利的,哪些影響劇烈,哪些影響輕微等,都可以在長期的設(shè)計過程中總結(jié)出來。

沒有時間總結(jié)與積累就等于沒有時間去提高自己,總是犯同樣的錯誤是不可原諒的,總是從頭開始也是不能接受的。

5.現(xiàn)場經(jīng)驗和實測成果能提高自己的設(shè)計信心

沒有參加過現(xiàn)場實踐,沒有相關(guān)研究成果,特別是在自己缺少對實物的感性認識時,往往會造成設(shè)計不足或設(shè)計浪費,很難達到恰到好處、經(jīng)濟合理的程度。對于基坑工程來講,怎樣的支護算是足夠,怎樣的支護算是滿足,怎樣的支護算是可靠且經(jīng)濟的,需要現(xiàn)場經(jīng)驗與實測數(shù)據(jù)來支持。在基坑標(biāo)準(zhǔn)化的研究過程中,曾發(fā)現(xiàn)了很多對類似基坑相差很大的支護措施,之所以出現(xiàn)上述情況就是對巖土的性能把握不準(zhǔn)。

因此,在今后的設(shè)計中,多去現(xiàn)場配合,多去搜集一手實測資料,是提高設(shè)計水平,增強設(shè)計信心的必要途徑。

6.應(yīng)盡量引進標(biāo)準(zhǔn)化成果及采用“參數(shù)法”繪圖

地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計由于其具有明顯的地域特性和復(fù)雜性,在加上其朝陽行業(yè)的性質(zhì),規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)較少。很多時候,設(shè)計有些混亂,不大統(tǒng)一,對于同一類型的結(jié)構(gòu)有的需用數(shù)張圖紙才能交代清楚,有的則用一張圖紙就能表達明了,我們應(yīng)去學(xué)習(xí)用少量的勞動獲得最大收益的方法和成果。對于一些應(yīng)當(dāng)和易于統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計進行標(biāo)準(zhǔn)化,是提高整體設(shè)計水平和效率的有效途徑。

“參數(shù)法”繪圖,實際上的工作量主要是計算,它能使圖紙數(shù)量最少化,在施工過程中只要根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸和相關(guān)已知條件就能對應(yīng)查到配筋、尺寸、數(shù)量等參數(shù),在圖紙審核中只要對計算流程、計算思路進行審查就能達到復(fù)核的目的。多方受益的繪圖方式,應(yīng)當(dāng)值得推廣。

7.設(shè)計需要細心和耐心

地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項既苦又累,且風(fēng)險較大的工作,稍有不慎就可能導(dǎo)致無法施工或不好施工,甚至?xí)霭踩鹿?因此,從事結(jié)構(gòu)設(shè)計的人員從計算到布筋再到繪出一張張藍圖,事事都要細心。同時,設(shè)計過程中,因為各種各樣的原因會造成繁多的變更,有專業(yè)間的因素,也有現(xiàn)場環(huán)境變化的因素,設(shè)計過程中甚至是在出圖后至施工完畢期間,都會進行一系列的改動,甚至是顛覆性的重做,這就要求設(shè)計人員要具有足夠的耐心。

設(shè)計需要細心和耐心,細到直徑幾公分的孔洞都要準(zhǔn)確標(biāo)注,并能不厭其煩的核對、修改再修改。

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